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需求性通风控制(DUFA高标物联译制20160805)

需求性通风控制(DUFA高标物联译制20160805)

需求性通风控制(DUFA高标物联译制20160805)

名词定义

需求性通风控制(DCV)

这种通风控制系统中,外部的空气流速会根据变化着的空间占有率来进行动态调节。

基于CO2的DCV

这种按需求控制的通风系统,通风的需求取决于在占用的空间或回风中探测到的二氧化碳浓度。

简介

基于二氧化碳的“需求性通风控制”,是一种设计师、建造师、楼主和管理者都可采用的有效方法,应用于新建的和旧的建筑,以确保始终对维护室内空气质量。

正确应用“需求性通风控制”策略,可以通过消除部分或间歇占用期间,过需通风产生的成本来减少能源消耗。

背景

在过去的两年,新建筑推荐的最低通风率从5 cfm/每人上升到15 cfm/每人或更多。

现今很多新的建筑都会采用ASHRAE 62-1989标准的通风模式“通风以获取可接受的空气质量”,此标准有多种的推荐通风率,这取决于空间是如何使用的。

历史上的通风标准总是在15到20 cfm/每人的范围内。只有到了上

世纪70年代后期到80年代,那时因为面临着严重的能源危机,通风标准被下调以节约能源。

无独有偶,室内空气质量变差的问题变得越来越广泛。在七八十年代,NIOSH调查了超过500个室内的空气质量,超过50%的问题是由于通风不足造成的。

提高通风标准可以减少室内空气质量的投诉率,不过这个费用需要楼主和居住者支付。

通常来说楼主不得不增加制热/制冷设备30%-50%的能效,以确保新鲜空气的进入。

对新鲜空气制热/制冷持续产生的成本将成为HVAC系统中最大的成本。习惯上,建筑工程师会基于建筑使用的设计和建议的通风率来设计通风系统去满足通风需求。

不管建筑的实际占用情况,这种通风系统都将在任何占用时间内被使用。基于二氧化碳的控制系统为楼主提供了基于实际占用水平(入住率)来优化通风率的机会,同时,在低于设计入住率时可避免过度通风产生昂贵的费用。

具有变量入住率的较高人流密度的场所(例如学校,电影院,酒吧,会议室等)可以有更高的节能,得到的回报也更多。

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CO2

二氧化碳是在燃烧过程中产生的自然气体,或者是生物体新陈代谢的副产品。

室外的二氧化碳浓度往往是相对稳定的,通常在350~450ppm的范围内。高度工业化或污染的地区有可能会产生二氧化碳浓度峰值,在室外空气可达到500到800ppm。在繁忙的高速公路旁测量总是发现二氧化碳值很高。

人类会吸入氧气和呼出二氧化碳。人类呼出的二氧化碳浓度值是相对稳定的,通常在3.8%(38,000ppm)左右。一旦二氧化碳离开嘴巴或鼻子,浓度会发散和很快便散在周围的空气里。室内的二氧化碳浓度通常在500~2000PPM。

二氧化碳自身不应该被视为室内污染物。实际上,在工业环境中产生,或非人类制造是二氧化碳主要来源。OSHA(职业健康与安全管理)规定在8小时的工作时间内,可允许二氧化碳浓度最高值为10000ppm。在家或办公室几乎发现不了这么高的浓度,这些区域人类是产生二氧化碳的主要来源。

作为指示物的CO2

当人们呼出二氧化碳时,他们也会呼出和释放大范围的“废气物”。这些“废气物”会包含气体,气味,酶蛋白,颗粒和病毒。当这些“废

气物”聚集在一个空间里,如果通风很差的话,居住者会感到很疲惫,头痛和产生不适。

居住者生成的二氧化碳超过室外700ppm以上时,研究表明相应的“废气物”值会很高,导致超过20%的居住者身体不适,及有明显体臭。

我们现有的建筑通风标准很多都是基于这个简单的对人体气味的测试。假设如果有足够的通风去除人类生成的污染物,那么这个HVAC 系统便足够去除非人类产生的污染物。

二氧化碳不是导致在室内产生不适的原因。相反,二氧化碳是一个微量元素指标,可方便的指示出人们产生的可导致身体不适的“废气物”浓度。这就是为什么允许工业环境的纯二氧化碳浓度值可以比建筑内的高,由居住者产生的,混杂着“废气物”的二氧化碳才是需重点关注的 。

考虑到在室内的每个人会产生持续可预计的二氧化碳总量,对入住率的设定来说是一个很好的指标。如果建筑没有通风,二氧化碳浓度会持续上升。但是,如果引入室外的带有较低浓度二氧化碳的空气进室内,二氧化碳浓度会被稀释。

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设计中英DCV系统

确定室外CO2浓度

需求性通风控制系统的应用是取决于室内和室外二氧化碳的差异。因为二氧化碳不能像空气污染物那样被感知及能被控制,它用作通风率的一个指标。

一个室外的二氧化碳传感器就足够配套一栋建筑的任何数量的系统来使用了。室外的二氧化碳浓度应该在室外接近通风口那里测量,但最好不要靠近建筑的排气口。

安装室内CO2传感器

一个或多个:

如果二氧化碳的浓度是均匀的,那使用一个传感器就足够了。把传感器放置在需检测的空间里,距人们呼吸的地方至少几英尺,。如果二氧化碳值各不相同,你可以选择在一个地方放一个传感器,或你可以选择放置多个传感器。最好是根据建筑的实际情况来选择安装方式。如果这个地方是一间很大的房间,人们分散其中,那么一个二氧化碳传感器很可能会有一个准确的读数。如果这个地方被分成几间房,每间房的占有率很可能各不相同,那么就需要多个传感器了。

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回风和占有率

回风传感具有可平均入住区域内二氧化碳浓度的效果。

即使在一个入住区域内二氧化碳的浓度几乎是一致的,在回风管那监测的二氧化碳值也会比较低,因为一些补充的新鲜空气会未经过居住区域而直接进入回风系统。

一般来说,建议传感器装在占用的空间(居住地方)比在管道系统里更好。这是因为在回风口那里检测的浓度值往往是平均的,不能代表实际使用区域的情况。

有时候选择回风传感是因为比起在占用空间(居住的地方)它可以更容易在机械室内接线。

设定DCV通风控制值

通风率可以通过室内与室外的浓度差得出,不是一个绝对的浓度。例如, 500ppm浓度差相当于20 cfm/每人的通风率。700ppm浓度差相当于15 cfm/每人的通风率。

使用一个二氧化碳的绝对值作为一个控制目标(例如参考ASHRAE 1000ppm或OSHA提议的800ppm)会给建筑商带来潜在问题。

使用ASHRAE 62-1989标准中1000ppm这个绝对值会造成问题。因为当初这个设定值是基于室外的二氧化碳浓度是300ppm时, 1000ppm相当于15cfm/每人。正如之前讨论过的, 700ppm浓

度差就相当于15cfm/每人的通风率。但如果楼外二氧化碳的值为600ppm,楼内保持1000ppm的浓度时,要保持400ppm浓度差的实际通风需求应为超过25cfm/每人,而不是15/cfm每人。武断的使用一个固定值来控制二氧化碳浓度而不考虑室外的浓度,这样会导致过度通风。

设定值控制

设定值控制使用了一种基于空气中的二氧化碳浓度来控制简单开关或风阀开关的策略。至今,这个策略成为控制二氧化碳最常见的方法。通常来说,风阀在达到设置值时打开,并在浓度低于设定值50-100ppm时关闭。这个简单地机制最适合应用在居住密度高的地方(每一千平方有20-50个人)。理想状态为该区域可以在很短时间内从无人使用达到本身设计的使用率。

比例控制

在比例控制的通风系统中,一个二氧化碳传感器会根据二氧化碳的浓度比例发出信号(例如4 ~20mA)。当室内的二氧化碳浓度超过室外浓度约100ppm时,通风系统将会打开。空气将会按照比例输送到室内,直到能100%满足设计的通风率。

相比通过设定值来控制通风,这个方法能让通风系统对不同的入住率作出及时的反应,比起等二氧化碳浓度达到设定值时再开始通风,效果会更好。

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PID控制

二氧化碳和温度都会有的复杂的控制问题,最好的解决方法就是通过PID(比例-积分-微分)控制。这个系统可直接控制序列,直观看到当前值离设定值有多远,在设定值持续多久,以及多快能接近或偏离设定值。

在控制二氧化碳的过程中,PID控制可以看到CO2浓度的趋势,以及上升率和下降率。例如,人们在早上进入大楼,几分钟内,HVAC 系统开始运作,根据实际占有率以及预测的二氧化碳上升浓度,来调整对新鲜空气的输送。

集于CO2的控制系统优点

通过手动控制风阀来实现通风,可能会造成过度通风。基于二氧化碳的控制策略可确保风阀位置能恰当满足通风需求,每时每刻能为室内作出通风控制。

当室外的空气在没有空气流测量的状态下任意输送到室内,并导致过度通风的问题,采用上述的控制方式可以实现节能。

在一些建筑内,渗透进来的空气或打开的窗户会是室外空气的主要来源。二氧化碳传感器将考虑到这种渗透对室内空气的影响,并调节相应设备来满足所需通风水平。这样可能会节能更多。

基于二氧化碳的控制策略能为每个人保持一定的通风率。因此,这个方法能够非常适合建筑应用方式的不断变化,以及将来因为一些不能预计的变化而造成推荐的通风率变化的情况。